牵引供电系统回流状态辨识方法和装置制造方法及图纸

本公开涉及一种牵引供电系统回流状态辨识方法和装置，该方法包括：确定牵引变电所、AT所和分区所内的牵引回流各路径实时电流；基于连续n秒的所述牵引回流各路径实时电流，建立牵引变电所、AT所和分区所的牵引回流实测数据矩阵；其中，n为正整数；基于所述牵引回流实测数据矩阵，计算牵引回流数值之和与牵引负荷之间的比值；判断所述比值是否满足阈值范围；若否，则确定所述牵引供电系统回流异常或故障。本公开实施例提供的技术方案可对牵引供电系统回流状态进行检测，有利于降低牵引回流异常引起的设备损毁和安全事故。

【技术实现步骤摘要】
牵引供电系统回流状态辨识方法和装置
本公开涉及电气化铁路牵引供电回流
，尤其涉及一种牵引供电系统回流状态辨识方法和装置。
技术介绍
近年来电气化铁路里程飞速发展，电力牵引是各种运输方式中能够以电代油的动力牵引方式，其能源优势十分明显。牵引回流系统是高速铁路牵引供电系统中不可缺少的关键组成部分，目前的牵引回流系统主要由架空回流、钢轨回流和地回流构成。架空回流线承担了大部分牵引电流回流任务，钢轨兼顾牵引回流和轨道电路的作用，地回流作为牵引回流的一部分。由于牵引回流受多种因素共同影响，部分线路在试运营阶段曾出现地回流远大于架空线回流的异常情况，其威胁铁路安全运行。此外，高速铁路在开通运营后，行车密度逐渐增加，导致牵引负荷和短路故障时电流明显增大，过大的牵引变电所地网回流会带来很多的安全隐患，最主要的体现在下面这两个方面：一是增加了所内接地网过热烧损的风险，同时也会加速所内接地网的腐蚀速度，使得接地网的整体通流能力下降，地网的接地电阻越来越大，严重的时候会影响所内牵引供电设备的安全运行；二是提升了所内的局部地电位，从而导致跨步电压增大，给牵引变电所内人员的生命安全带来隐患。
技术实现思路
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种牵引供电系统回流状态辨识方法和装置，以对牵引回流状态进行监测和辨识，有利于降低因牵引回流异常而引起的设备损毁和安全事故。本公开提供了一种牵引供电系统回流状态辨识方法，该牵引供电系统回流状态辨识方法包括：确定牵引变电所、自耦变压器(autotransformer，AT)所和分区所内的牵引回流各路径实时电流；基于连续n秒的所述牵引回流各路径实时电流，建立牵引变电所、AT所和分区所的牵引回流实测数据矩阵；其中，n为正整数；基于所述牵引回流实测数据矩阵，计算牵引回流数值之和与牵引负荷之间的比值；判断所述比值是否满足阈值范围；若否，则确定所述牵引供电系统回流异常或故障。可选的，确定牵引变电所、AT所和分区所内的牵引回流各路径实时电流包括：牵引变电所、AT所和分区所内的牵引回流各路径电流互感器连接到牵引回流系统采集装置，在自耦供电方式下实时记录牵引变电所、AT所和分区所的接地网回流(I1G、I2G、I3G)、钢轨回流(I1R、I2R、I3R)、综合贯通地线回流(I1ZG、I2ZG、I3ZG)和保护线回流(I1PW、I2PW、I3PW)的回流分布；牵引变电所、AT所和分区所牵引回流各路径实时电流及回流系数储存于牵引回流分布数据库中，为牵引回流状态辨识提供依据。可选的，基于连续n秒的所述牵引回流各路径实时电流，建立牵引变电所、AT所和分区所的牵引回流实测数据矩阵包括：建立牵引变电所、AT所和分区所的牵引回流实测数据矩阵J，每n秒后将数据矩阵存入数据库；其中，式中：I1G1为牵引变电所接地网回流第1秒实测数据，其他同理。可选的，确定所述牵引供电系统回流异常或故障之后还包括：对所述牵引回流实测数据矩阵进行归一化处理；计算牵引变电所中各路径回流系数并判断是否出现回流比异常；计算AT所中各路径回流系数并判断是否出现回流比异常；计算分区所中各路劲回流比系数并判断是否出现回流比异常；若牵引变电所、AT所和分区所中各路径的回流比在连续m个所述牵引回流实测数据矩阵中均存在异常，则基于当天内所存储的所有所述牵引回流实测数据矩阵进行模糊C均值聚类，判定故障发生的区域。可选的，基于当天内所存储的所有所述牵引回流实测数据矩阵进行模糊C均值聚类，判定故障发生的区域包括：设置聚类类别数为c，并生成一组服从[0,1]分布的随机数初始化隶属度矩阵U，且满足下式约束要求：式中，uij为隶属度矩阵U的元素，l为所述牵引回流实测数据矩阵J的向量数目；计算聚类中心ci；计算目标函数W(U,c1,…,cc)；返回所述隶属度矩阵，分析所述隶属度矩阵得到回流异常区域。可选的，计算牵引变电所中各路径回流系数并判断是否出现回流比异常包括：基于归一化后的所述牵引回流实测数据矩阵计算牵引变电所中的各路径回流系数：式中，K1G为牵引变电所接地网回流系数，K1R为牵引变电所钢轨及回流线回流系数；K1ZG为牵引变电所综合贯通地线回流系数，K1PW为牵引变电所保护线回流系数，I为数据归一化后总回流值；若K1G、K1R、K1ZG以及K1PW满足给定的牵引所回流系数上限和牵引所回流系数下限阈值范围时，则判定牵引变电所回流状态正常；若K1G小于下限阈值K1G-Down，则判定牵引变电所接地网回流异常或者接地网故障；若K1G大于上限阈值K1G-Up，则判定牵引变电所其他回流路径异常。可选的，计算AT所中各路径回流系数并判断是否出现回流比异常包括：基于归一化后的所述牵引回流实测数据矩阵计算AT所中各路径回流系数：式中，K2G为AT所接地网回流系数，K2R为AT所钢轨及回流线回流系数；K2ZG为AT所综合贯通地线回流系数，K2PW为AT所保护线回流系数，I为数据归一化后总回流值；若K2G、K2R、K2ZG以及K2PW满足给定的自耦所回流系数上限和自耦所回流系数下限阈值范围时，则判定AT所回流状态正常；若K2G小于下限阈值K2G-Down，则判定AT所接地网回流异常或者接地网故障；若K2G大于上限阈值K2G-Up，则判定AT所其他回流路径异常。可选的，计算分区所中各路劲回流比系数并判断是否出现回流比异常包括：基于归一化后的所述牵引回流实测数据矩阵计算分区所中各路劲回流比系数：式中，K3G为分区所接地网回流系数，K3R为分区所钢轨及回流线回流系数；K3ZG为分区所综合贯通地线回流系数，K3PW为分区所保护线回流系数，I为数据归一化后总回流值；若K3G、K3R、K3ZG以及K3PW满足给定的分区所回流系数上限和分区所回流系数下限阈值范围时，则判定分区所回流状态正常；若K3G小于下限阈值K3G-Down，则判定分区所接地网回流异常或者接地网故障；若K3G大于上限阈值K3G-Up，则判定分区所其他回流路径异常。本公开实施例还提供了一种牵引供电系统回流状态辨识装置，该牵引供电系统回流状态辨识装置包括：电流获取模块，用于确定牵引变电所、AT所和分区所内的牵引回流各路径实时电流；矩阵建立模块，用于基于连续n秒的所述牵引回流各路径实时电流，建立牵引变电所、AT所和分区所的牵引回流实测数据矩阵；其中，n为正整数；比值确定模块，用于基于所述牵引回流实测数据矩阵，计算牵引回流数值之和与牵引负荷之间的比值；比较判断模块，用于判断所述比值是否满足阈值范围；状态确定模块，用于在所述比值不满足阈值范围时，确定所述牵引供电系统回流异常或故障。可选的，该牵引供电系统回流状态辨识装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种牵引供电系统回流状态辨识方法，其特征在于，包括：/n确定牵引变电所、自耦变压器AT所和分区所内的牵引回流各路径实时电流；/n基于连续n秒的所述牵引回流各路径实时电流，建立牵引变电所、AT所和分区所的牵引回流实测数据矩阵；其中，n为正整数；/n基于所述牵引回流实测数据矩阵，计算牵引回流数值之和与牵引负荷之间的比值；/n判断所述比值是否满足阈值范围；/n若否，则确定所述牵引供电系统回流异常或故障。/n

【技术特征摘要】
1.一种牵引供电系统回流状态辨识方法，其特征在于，包括：
确定牵引变电所、自耦变压器AT所和分区所内的牵引回流各路径实时电流；
基于连续n秒的所述牵引回流各路径实时电流，建立牵引变电所、AT所和分区所的牵引回流实测数据矩阵；其中，n为正整数；
基于所述牵引回流实测数据矩阵，计算牵引回流数值之和与牵引负荷之间的比值；
判断所述比值是否满足阈值范围；
若否，则确定所述牵引供电系统回流异常或故障。


2.根据权利要求1所述的牵引供电系统回流状态辨识方法，其特征在于，确定牵引变电所、AT所和分区所内的牵引回流各路径实时电流包括：
牵引变电所、AT所和分区所内的牵引回流各路径电流互感器连接到牵引回流系统采集装置，在自耦供电方式下实时记录牵引变电所、AT所和分区所的接地网回流(I1G、I2G、I3G)、钢轨回流(I1R、I2R、I3R)、综合贯通地线回流(I1ZG、I2ZG、I3ZG)和保护线回流(I1PW、I2PW、I3PW)的回流分布；牵引变电所、AT所和分区所牵引回流各路径实时电流及回流系数储存于牵引回流分布数据库中，为牵引回流状态辨识提供依据。


3.根据权利要求2所述的牵引供电系统回流状态辨识方法，其特征在于，基于连续n秒的所述牵引回流各路径实时电流，建立牵引变电所、AT所和分区所的牵引回流实测数据矩阵包括：
建立牵引变电所、AT所和分区所的牵引回流实测数据矩阵J，每n秒后将数据矩阵存入数据库；其中，



式中：I1G1为牵引变电所接地网回流第1秒实测数据，其他同理。


4.根据权利要求2所述的牵引供电系统回流状态辨识方法，其特征在于，确定所述牵引供电系统回流异常或故障之后还包括：
对所述牵引回流实测数据矩阵进行归一化处理；
计算牵引变电所中各路径回流系数并判断是否出现回流比异常；
计算AT所中各路径回流系数并判断是否出现回流比异常；
计算分区所中各路劲回流比系数并判断是否出现回流比异常；
若牵引变电所、AT所和分区所中各路径的回流比在连续m个所述牵引回流实测数据矩阵中均存在异常，则基于当天内所存储的所有所述牵引回流实测数据矩阵进行模糊C均值聚类，判定故障发生的区域。


5.根据权利要求4所述的牵引供电系统回流状态辨识方法，其特征在于，基于当天内所存储的所有所述牵引回流实测数据矩阵进行模糊C均值聚类，判定故障发生的区域包括：
设置聚类类别数为c，并生成一组服从[0,1]分布的随机数初始化隶属度矩阵U，且满足下式约束要求：



式中，uij为隶属度矩阵U的元素，l为所述牵引回流实测数据矩阵J的向量数目；
计算聚类中心ci；
计算目标函数W(U,c1,…,cc)；
返回所述隶属度矩阵，分析所述隶属度矩阵得到回流异常区域。


6.根据权利要求4所述的牵引供电系统回流状态辨识方法，其特征在于，计算牵引变电所中各路径回流系数并判断是否出现回流比异常包括：
基于归一化后的所述牵引回流实测数据矩阵计算牵引变电所中的各路径回流系数：



式中，K1G为牵引变电所接地网回流系数，K1R为牵引变电所钢轨及回流线回流系数；K1ZG为牵引变电所综合贯通地线回流系数，K1PW为牵引变电所保护线回流系数，I为数据归一化后总回...

【专利技术属性】
技术研发人员：张业，陈民武，吴波，黄文勋，魏光，丁大鹏，盛望群，陈垠宇，王文怡，王延青，蒋功连，郭强，陈乃海，郝帅，林志海，李宁，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61